Perturbative thermal diffusivity is measured with partial sawtooth-generated heat pulses on ASDEX Upgrade for the first time, and these measurements are used to validate the first nonlinear ion-scale gyrokinetic simulation that agrees with experimentally measured perturbative diffusivity. Recent work on Alcator C-Mod (Howard et al 2016 Phys. Plasmas23 056109) and DIII-D (Holland et al 2017 Nucl. Fusion57 066043) has shown that ion-scale gyrokinetics cannot adequately describe certain plasma conditions, and that in these instances multi-scale simulations may resolve the observed discrepancies. This work presents the first measurements of electron perturbative thermal diffusivity with partial sawteeth on ASDEX Upgrade (measuring values between 2 and 9 m2 s−1), and compares these measurements to those made with more established modulated electron cyclotron heating measurements, finding good agreement within experimental uncertainty. Perturbative diffusivity is found to scale inversely with collisionality across ASDEX Upgrade and Alcator C-Mod plasmas. Finally, perturbative diffusivity is used as a validation constraint in a study with the gyrokinetic code GENE, showing the first instance where an ion-scale gyrokinetic simulation can simultaneously match the experimental ion and electron heat fluxes and the perturbative thermal diffusivity. These results indicate that multi-scale effects may only be important in some plasmas, and the collisionality and ratio of high to low wavenumber linear growth rates may distinguish these cases.
摂動熱拡散率は、ASDEX Upgradeにおける部分的な鋸歯状振動を用いて初めて測定され、これらの測定値は、実験的な摂動熱拡散率と一致する非線形ジャイロ運動論シミュレーションの検証に使用された。Alcator C-Mod（Howardら 2016 Phys. Plasmas 23 056109）およびDIII-D（Hollandら 2017 Nucl. Fusion 57 042003）における最近の研究では、イオンスケールのジャイロ運動論では特定のプラズマ条件を十分に記述できないことが示されており、これらの場合にはマルチスケールシミュレーションが観測された不一致を解消できる可能性がある。本研究では、ASDEX Upgradeにおいて部分的な鋸歯状振動を用いて摂動熱拡散率を初めて測定し（値は2〜9 m²/s）、これらの測定値を、より確立された変調電子サイクロトロン加熱を用いた測定値と比較したところ、実験誤差範囲内で良好な一致が得られた。摂動熱拡散率は、ASDEX UpgradeおよびAlcator C-Modのプラズマにわたって、衝突頻度の逆数に比例してスケーリングすることが見出された。最後に、摂動熱拡散率はジャイロ運動論コードGENEを用いた研究における検証制約として使用され、イオンスケールのジャイロ運動論シミュレーションが実験的なイオンおよび電子熱流束と摂動熱拡散率の両方を同時に一致させることができた初めての例を示した。これらの結果は、マルチスケール効果が一部のプラズマでのみ重要であり、衝突頻度と高波数対低波数の線形成長率の比がこれらの場合を区別する可能性があることを示している。